Funktionelle Charakterisierung XCR1-positiver dendritischer Zellen in der Maus und beim Menschen

Abstract

Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Beobachtung einer selektiven Expression des Chemokinrezeptors XCR1 auf CD8+ dendritischen Zellen (DCs) der murinen Milz. CD8+ DCs sind auf die Kreuzpräsentation von extrazellulärem Antigen spezialisiert, was für die Induktion einer zytotoxischen T-Zell-Antwort, insbesondere gegen virale Infektionen und Tumorzellen, von essenzieller Bedeutung ist. Während bekannt war, dass der XCR1-Ligand ATAC Chemotaxis dieses DC-Subtyps induziert, waren die Verteilung und Funktion der XCR1+ DCs außerhalb der Milz ungeklärt. Daher wurde zuerst die Lokalisation XCR1+ DCs mittels einer LacZ-Reportermaus untersucht, wobei ein Fokus auf den intestinalen Trakt gelegt wurde. Es konnte festgestellt werden, dass XCR1+ DCs in den untersuchten lymphatischen Organen mit T-Zellen kolokalisieren und auch im Gewebe des Dünndarms ubiquitär auftreten. Phänotypisch sind XCR1+ DCs durch Koexpression von Oberflächenproteinen gekennzeichnet, welche in der Literatur als Marker kreuzpräsentierender DCs beschrieben sind (CD8, CD103, CD205 und CD207). Für die Organe des Darms konnte weiterhin gezeigt werden, dass nach einem inflammatorischen Stimulus vor allem XCR1+ DCs einen migratorischen Charakter annehmen. Diesen Erkenntnissen zufolge definiert XCR1 einen DC- Subtyp, welcher in lymphatischen Organen und in der Peripherie eine phänotypische und funktionelle Einheit bildet. Es ist davon auszugehen, dass die Gesamtheit der XCR1+ DCs, vergleichbar den CD8+XCR1+ DCs der Milz, insbesondere zur Antigenkreuzpräsentation und zur Aktivierung zytotoxischer T-Zellen befähigt ist. XCR1-negative DCs zeichneten sich durch Expression des Chemokinrezeptors CX3CR1 sowie des Integrins CD11b aus. XCR1 und CX3CR1 definieren somit funktionell distinkte, sich nicht überlappende DC-Population. Um die Funktion der XCR1+ DCs in vivo zu untersuchen, sollte ein Mausmodell generiert werden, in welchem dieser DC-Subtyp spezifisch depletiert ist. Dieses Modell sollte die Rolle von XCR1+ DCs im Ruhezustand sowie in Infektionsstudien aufzeigen. Durch die Technik des knock in konnte keine gewünschte Mauslinie erhalten werden, sodass alternativ mit der Herstellung einer BAC-transgenen Mauslinie mit vergleichbarer Funktion begonnen wurde. Im menschlichen Immunsystem gelang es, XCR1+ DCs im peripheren Blut zu identifizieren, wobei die XCR1-Expression ausschließlich auf CD141+ DCs beschränkt war. Kokulturexperimente mit einem zytotoxischen T-Zell-Klon ergaben, dass CD141+XCR1+ DCs die anderen humanen DC-Subtypen in ihrer Kapazität zur Kreuzpräsentation von löslichem und zellassoziiertem Antigen deutlich übertreffen. Somit konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass CD141+XCR1+ DCs des Menschen das funktionelle Homolog zu kreuzpräsentierenden CD8+XCR1+ DCs der Maus darstellen.

The background for this study was the observation of selective expression of the chemokine receptor XCR1 on CD8+ Dendritic cells (DCs) of the murine spleen. CD8+ DCs are specialized in cross-presentation of extracellular antigen which is essential for the induction of cytotoxic T-cell-responses against viral infections and tumor cells. While it was known previously that the XCR1-ligand ATAC induces chemotaxis of this DC-subtype, the distribution and function of XCR1+ DCs outside of the spleen remained elusive. We analyzed the localization of XCR1+ DCs using a LacZ-reporter mouse and focusing mainly on the intestinal system. We found that XCR1+ DCs in the tested lymphatic organs co-localize with T-cells and occur in the small intestine abundantly. Phenotypically, XCR1+ DCs co-express surface proteins referred to in the literature as markers of cross-presenting DCs (CD8, CD103, CD205 and CD207). Upon an inflammatory stimulus the XCR1+ subset gains a migratory character in the intestinal organs. These results show that XCR1 defines a DC-subtype in lymphatic organs and the periphery that represents a phenotypic and functional unity. It can be assumed that the entirety of XCR1+ DCs, like the XCR1+CD8+ of the spleen, is superior in crosspresentation of antigen and in the activation of cytotoxic T-cells. XCR1-negative DCs are characterized by the expression of the chemokine receptor CX3CR1 and the integrin CD11b. XCR1 and CX3CR1 define functional distinct and non-overlapping DC-populations. To further characterize the function of XCR1+ DCs in vivo, we propose the production of a mouse-line with specific depletion of this DC-subset. This model will enable the demonstration of the role of XCR1+ DCs in the steady state and in infectious studies. However, using the knock-in technique, no suitable mouse- line could be obtained. As an alternative approach, we started the generation of BAC-transgenic mice allowing comparable analyses. In humans XCR1+ DCs were identified in the peripheral blood, whereas XCR1-expression was limited to the subset of CD141+ DCs. Co-culture-experiments with a cytotoxic T-cell-clone revealed that CD141+XCR1+ DCs excel in their capacity for cross-presentation of soluble and cell-associated antigen compared to the other DC-subsets. Summarizing these results show that human CD141+XCR1+ DCs are the functional homologue of cross-presenting CD8+XCR1+ DCs in the mouse.